Бета-розпад нейтрона

Діаграма Фейнмана для бета-розпаду нейтрона на протон, електрон і електронне антинейтрино за участю віртуального важкого W-бозона

Бета-розпад нейтрона - спонтанне перетворення вільного нейтрона в протон з випромінюванням β-частинки (електрона) і електронного антинейтрино :

{} _0 ^ 1 n \ to {} _1 ^ 1 p + e ^ - + \ bar {\ nu} _e.

Спектр кінетичної енергії випромінюється електрона лежить в діапазоні від 0 до 782,318 кеВ . Час життя вільного нейтрона становить 885,7 0,8 с (Що відповідає періоду напіврозпаду 613,9 0,6 с ). Прецизійні вимірювання параметрів бета-розпаду нейтрона (час життя, кутові кореляції між імпульсами частинок і спіном нейтрона) мають важливе значення для визначення властивостей слабкої взаємодії.

Бета-розпад нейтрона був передбачений Фредеріком Жоліо-Кюрі в 1934 і відкритий в 1948 - 1950 незалежно А. Снелл, Дж. Робсон і П. Є. Співаком.


1. Рідкісні канали розпаду

В 2005 був виявлений [1] передвіщений раніше радіаційний бета-розпад нейтрона з випромінюванням гамма-кванта :

{} _0 ^ 1 n \ to {} _1 ^ 1 p + e ^ - + \ bar {\ nu} _e + \ gamma.

Даний канал розпаду реалізується з імовірністю 0,32 0,16% . Цей результат поки очікує підтвердження іншими групами дослідників. Спектр гамма-квантів повинен лежати в діапазоні від 0 до 782 кеВ і залежати від енергії (у першому наближенні) як E -1 . З фізичної точки зору, цей процес являє собою гальмівне випромінювання утворюється електрона.

Повинен існувати також канал розпаду вільного нейтрона в зв'язаний стан - атом водню ({} _1 ^ 1 p + e ^ - = {} ^ 1 \ mathrm {H}):

{} _0 ^ 1 n \ to {} ^ 1 \ mathrm {H} + \ bar {\ nu} _e.

Однак з експериментів відомо лише, що ймовірність такого розпаду менше 3% (парціальний час життя по цьому каналу перевищує 3.10 4 с) [2]. Теоретично очікувана ймовірність розпаду в зв'язаний стан по відношенню до повної ймовірності розпаду дорівнює 3,92 10 -6 [3]. Пов'язаний електрон для виконання закону збереження кутового моменту повинен виникати в S -Стані (З нульовим орбітальним моментом), у тому числі з імовірністю ≈ 84% - в основному стані, і 16% - в одному з порушених S -Станів атома водню [4].


Примітки

  1. Kolhidashvili, RU; Severijns, N.; Zimmer, O.; Wirth, H.-F.; Rich, D.; Tolokonnikov, SV; Solovei, VA & Kolhidashvili, MR (2005), "Discovery of the neutron radiative decay" , arΧiv : nucl-ex/0512001 - www.arxiv.org/abs/nucl-ex/0512001
  2. Green, K., Thompson, D. (1990). " The decay of the neutron to a hydrogen atom - iopscience.iop.org/0954-3899/16/4/001 / ". Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics 16 (4): L75-L76. DOI : 10.1088/0954-3899/16/4/001 - dx.doi.org/10.1088/0954-3899/16/4/001.
  3. Faber, M., et al. On Continuum-State and Bound-State Beta Decay Rates of the Neutron. arxiv: 0906.0959 - arxiv.org/abs/0906.0959 (2009).
  4. Dirk Dubbers and Michael G. Schmidt (2011). " The neutron and its role in cosmology and particle physics - link.aps.org/doi/10.1103/RevModPhys.83.1111 ". Reviews of Modern Physics 83: 1111-1171. DOI : 10.1103/RevModPhys.83.1111 - dx.doi.org/10.1103/RevModPhys.83.1111.

Література